JPH1035209A

JPH1035209A - 車軸式懸架装置

Info

Publication number: JPH1035209A
Application number: JP19795096A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yamada; 幸一山田; Junichi Miyagi; 淳一宮城; Yutaka Matsuura; 裕松浦; Satoshi Ishikawa; 訓石川; Toshikatsu Kawamori; 敏克河森; Satoshi Mizuno; 諭水野; Toru Umemura; 徹梅村; Yoshiyuki Setoguchi; 善行瀬戸口; Toshiyuki Konno; 敏之紺野
Original assignee: CHUO KATAN KOGYO KK; Toyota Motor Corp
Current assignee: CHUO KATAN KOGYO KK; Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 1998-02-10
Also published as: KR19990011746A

Abstract

(57)【要約】【課題】鋳造成形であっても疲労強度と変形強度を確
保できる構造とする。【解決手段】車軸２０を軸方向に中空部２５を生じる
ように砂中子を用いて砂型鋳造により成形し、車軸２０
の中央部の引張応力を受ける左辺部（前部）２１および
下辺部（下部）２２の肉厚を厚肉に形成するとともに、
圧縮応力を受ける右辺部（後部）２３および上辺部（上
部）２４の肉厚を薄肉に形成する。これにより、車軸２
０の中央部断面の図心Ｇの位置が引張応力を受ける前部
２１側および下部２２側に位置するようになり、引張応
力を受ける部分の応力が緩和される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、左右の車輪を一本
の車軸で結び、その車軸をスプリングを介して車体に取
り付ける車軸式懸架装置いわゆるリジッドアクスルサス
ペンションに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】サスペンションは車輪と車体を結ぶ装置
であって、車体を支えるとともに、自動車の振動、乗り
心地、繰安性に大きな影響を与える重要な装置である。
その構成は、走行中、路面から受ける衝撃を緩和するス
プリング、車体の上下振動を抑制して乗り心地を良くす
るショックアブソーバ、自動車のローリングを抑制する
スタビライザ、そしてこれらを保持して車輪の動きを抑
制するリンク機構からなっている。

【０００３】この装置は、車体を支え、路面からの振動
や衝撃を緩和させるために、望ましいばね特性・減衰特
性を持たせ、車体・乗員・積み荷等を保護するととも
に、加減速時の駆動力・制動力または旋回時の横力等あ
らゆる方向の力に対して、適度な剛性と十分な強度・耐
久性を有し、車体に対して車輪を所定の正しい位置に保
持し、かつ、車体および路面に対する車輪の動きを適切
に制御することにより、その車両に最も適した運動性能
を与える機能が要求されるものである。このため、いろ
いろな種類のサスペンションが考えられている。

【０００４】その１つとして、車軸式懸架装置いわゆる
リジッドアクスルサスペンションがある。これは、左右
の車輪が一本の車軸で結ばれ、その車軸をスプリングを
介して車体に取り付ける形式であって、通常、車体を支
えるサスペンション（懸架装置）と、車輪を支持するア
クスル（走行装置）とから構成される。アクスルはばね
座にかかる上下方向荷重と、旋回時等の横荷重による垂
直曲げモーメントと、制動力および駆動力による水平曲
げモーメント、ねじりモーメントを受ける。この形式の
サスペンションはトラック、バス等の前後軸に多く使用
されている。

【０００５】このリジッドアクスルサスペンションの
内、非駆動輪の場合はアクスルビーム（Ｉビーム）であ
って、鍛造成形によりＩ型断面に形成されている。鍛造
成形によりＩ型断面に形成されたアクスルビームは高い
疲労強度と変形強度と耐衝撃性を有しており、かつ、大
量生産に適した製法である。

【０００６】図２２はアクスルビームを用いたリジッド
アクスルサスペンションの全体構成を示す斜視図であ
る。このリジッドアクスルサスペンションは左車輪１Ｌ
と右車輪１Ｒとを結ぶアクスルビーム２と、このアクス
ルビーム２に対して前後方向に配設した一対のリーフス
プリング３Ｌ，３Ｒとから構成される。これらのリーフ
スプリング３Ｌ，３Ｒの一端を車体側に固定のスプリン
グブラケットにピン結合し、他端はリーフスプリング３
Ｌ，３Ｒのたわみによるスパンの変化を逃すためのシャ
ックルを設けている。アクスルビーム２とリーフスプリ
ング３Ｌ，３ＲとはＵボルトで結合している。アクスル
ビーム２の両端部近傍にはショックアブソーバ４Ｌ，４
Ｒが取り付けられている。

【０００７】図２３はアクスルビーム２の構造を示す図
であり、図２３（ａ）はアクスルビーム２の半部上面図
を示し、図２３（ｂ）は半部側面図を示す。アクスルビ
ーム２は中央部の両端部にリーフスプリングを取り付け
るリーフスプリング取付部５Ｌ（なお、図２３は右半部
を示すため５Ｌは図示していない），５Ｒと、その両端
部に車輪を操舵するナックルスピンドルを取り付けるナ
ックルスピンドル取付部６Ｌ（なお、図２３は右半部を
示すため６Ｌは図示していない），６Ｒとを設けてい
る。

【０００８】このアクスルビーム２には図示しないタイ
ヤから車両の積載状態および走行状態に基づく上下力Ｆ
_Vと、制動状態に基づく上下力Ｆ_Vおよび前後力Ｆ_Lが同
時に作用し、アクスルビーム２にはそれらの各力Ｆ_V，
Ｆ_Lに基づく曲げモーメントや捻りモーメントが作用す
る。特に、アクスルビーム２の中央部（リーフスプリン
グ取付部５Ｌ，５Ｒの間）に最も大きな荷重を受ける。
そして、図１に示すように、上下力Ｆ_Vと前後力Ｆ_Lによ
って、アクスルビーム２の前方部および下方部には引張
応力が発生し、後方部および上方部には圧縮応力が発生
する。このため、上記したアクスルビーム２の中央部の
横断面形状がＩ型になるように鍛造成形し、これらの引
張応力および圧縮応力を効率的に受けとめられるように
なっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した鍛造成形は製
造設備が大型で、鍛造型も大型であるため、車種毎に対
応した変更がしにくいという問題がある。そこで、強度
および軽量化に優れた鋳造アクスルビームが特開平７−
２１５００４号公報において提案された。このものは、
アクスルビームを矩形断面として鋳造により成形し、見
切り部をアクスルビームの側面に設けることで、鍛造成
形のアクスルビームに匹敵する強度が得られるようにす
るとともに、軽量化を達成しようとするものである。

【００１０】しかしながら、上記した鋳造アクスルビー
ムは軽量化のために断面矩形の中空構造としているが、
鋳鉄は脆性材料であるため、許容引張応力と許容圧縮応
力の差が大きく、耐久性と軽量化の両立を図ることが難
しいという問題がある。そこで、本発明は上記した問題
点に鑑みてなされたものであり、鋳造成形であっても疲
労強度と変形強度を確保できる構造とすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は車幅方向に延び
て左右の車輪支持体を連結するとともに車体を懸架する
車軸部材を備えた車軸式懸架装置であって、上記課題を
解決するため、請求項１に記載の発明においては、少な
くともその横断面（なお、この横断面は車軸部材の軸線
に対して交差する断面を意味する。以下の記載において
は、単に横断面とのみ記載する）の図心が同横断面の高
さ中心より下方に位置するように偏心させて車軸部材を
鋳造により形成したことにある。

【００１２】請求項２に記載の発明においては、上述の
車軸部材を非駆動輪に連結する場合はその横断面の図心
がその前後中心より車両の前方側に位置するように偏心
させて車軸部材を鋳造により形成したことにある。請求
項３に記載の発明においては、車軸部材を駆動輪に連結
する場合はその横断面の図心がその前後中心より車両の
後方側に位置するように偏心させて車軸部材を鋳造によ
り形成したことにある。請求項４に記載の発明において
は、車軸部材の圧縮応力が発生する部位に脆弱部を設け
たことにある。

【００１３】請求項５に記載の発明においては、車軸部
材は鋳型および中子を用いた鋳造による厚肉部と薄肉部
を有する中空鋳造体であって、中子を保持する幅木によ
る鋳抜き孔を脆弱部としたことにある。請求項６に記載
の発明においては、上述の鋳抜き孔を圧縮応力が発生す
る部位に設けたことにある。請求項７に記載の発明にお
いては、車軸部材の引張応力が発生する部位に延性材料
からなる補強部材を設けたことにある。請求項８に記載
の発明においては、上述の延性材料を車軸部材の鋳造時
に一体的に形成したことにある。

【００１４】請求項９に記載の発明においては、車軸部
材は鋳型および中子を用いた鋳造による厚肉部と薄肉部
を有する中空鋳造体であって、中子を保持する幅木によ
る鋳抜き孔を中空の車軸部材の前方上部側および後方下
部側に設け、同後方下部側の鋳抜き孔を排水孔としたこ
とにある。請求項１０に記載の発明においては、車軸部
材は鋳型および中子を用いた鋳造による厚肉部と薄肉部
を有する中空鋳造体であって、鋳型の湯口を中空鋳造体
の横断面の肉薄部側に配置して鋳造するようにしたこと
にある。

【００１５】

【発明の作用・効果】車両の走行中に生じる比較的大き
な曲げモーメントの方向はサスペンションの構成により
自ずと特定されてくるものであって、車軸部材の外面に
は主に引張応力が生じる面と圧縮応力が生じる面とが存
在する。即ち、左右の車輪支持体を連結する車軸部材の
場合には、車輪がバウンド状態にあるときにはリバウン
ド状態にあるときに較べて、バウンド状態における車輪
の接地荷重が大きいことに起因して、車軸部材に作用す
る大きな曲げモーメントは車輪がバウンド状態にあると
きに発生する。したがって、左右の車輪支持体を連結す
る車軸部材においては走行時に作用する曲げモーメント
により、その下部に引張応力が発生し、また、その上部
に圧縮応力が発生する。

【００１６】ここで、鋳鉄は脆性材料であるので許容引
張応力が許容圧縮応力に較べて小さい。そのため、請求
項１に記載のように車軸部材の横断面の図心が同横断面
の高さ中心より下方に位置するように形成すれば、走行
時の曲げモーメントにより発生する車軸部材の下部での
引張応力を上部での圧縮応力より小さくすることが可能
となって、車軸部材の耐久性を向上できるとともに、車
軸部材の剛性確保のために徒に車軸部材の重量を増加さ
せることがないことから、耐久性と軽量化の最適化を図
ることができるようになる。

【００１７】前記車軸部材を非駆動輪に連結する場合
は、車両の制動時において大きな曲げモーメントが作用
する。この曲げモーメントにより車軸部材の前方部分に
引張応力が発生し、後方部分に圧縮応力が発生する。こ
こで、請求項２に記載のように、車軸部材を非駆動輪に
連結する場合はその横断面の図心が同横断面の前後中心
より車両の前方側に位置するように形成すれば、上述の
如き制動時の曲げモーメントにより発生する前方部分の
引張応力を後方部分の圧縮応力より小さくすることが可
能となって、車軸部材の軽量化と耐久性の最適化を図る
ことができるようになる。

【００１８】前記車軸部材を駆動輪に連結する場合は、
車両の発進時において大きな曲げモーメントが作用す
る。この曲げモーメントにより車軸部材の後方部分に引
張応力が発生し、前方部分に圧縮応力が発生する。ここ
で、請求項３に記載のように、車軸部材を駆動輪に連結
する場合はその横断面の図心が同横断面の前後中心より
車両の後方側に位置するように形成すれば、上述の如き
発進時の曲げモーメントにより発生する後方部分の引張
応力を前方部分の圧縮応力より小さくすることが可能と
なって、車軸部材の軽量化と耐久性の最適化を図ること
ができるようになる。

【００１９】請求項４に記載のように、車軸部材の圧縮
応力が発生する部位に脆弱部を設ければ、車軸部材が変
形する前に脆弱部が徐変するようになるので、脆弱部の
徐変に基づくアライメント変化にて乗員に異常を知らせ
ることが可能となる。請求項５に記載のように、上述の
脆弱部を鋳抜き孔により形成するようにすれば、鋳造と
同時に脆弱部を形成することが可能となり、脆弱部の構
成が簡単になるとともに、容易に脆弱部を製造できるよ
うになる。

【００２０】請求項６に記載のように、上述の鋳抜き孔
を圧縮応力が発生する部位に設けるようにすれば、脆性
材料である鋳鉄は許容圧縮応力は許容引張応力より大き
いため、該部が比較的大きな応力を受けても、変形に至
る前に徐変することとなり、この徐変に基づくアライメ
ント変化にて乗員に異常を知らせることが可能となる。
請求項７に記載のように、車軸部材の引張応力が発生す
る部位に延性材料からなる補強部を設ければ、引張応力
が発生する部位の強度が向上する。

【００２１】請求項８に記載のように、延性材料からな
る補強部を鋳造時に一体的に形成するようにすれば、簡
単に耐久性を向上させることができるようになる。請求
項９に記載のように、車軸部材の前方上部側および後方
下部側に鋳抜き孔を設ければ、鋳抜き孔を水抜き孔とし
て利用することが可能となり、走行中に中空部内に浸入
する水を排水できるようになる。請求項１０に記載のよ
うに、鋳型の湯口を中空鋳造体の薄肉部が形成される側
に配置するようにすれば、湯流れがスムーズとなって鋳
造効率が向上する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の各実施形態を図
に基づいて説明する。実施形態１図１は本発明の車軸式懸架装置をＦＲ車のフロント側
（非駆動輪側）リジッドアクスルサスペンションに適用
した場合の本実施形態１の全体構成を示す斜視図であ
る。このリジッドアクスルサスペンションは左車輪支持
体１０Ｌと右車輪支持体１０Ｒとを結ぶ車軸２０と、こ
の車軸２０に対して前後方向に配設した一対の重ね板ば
ね（リーフスプリング）３０Ｌ，３０Ｒとから構成され
る。これらのリーフスプリング３０Ｌ，３０Ｒの一端３
１Ｌ，３１Ｒを車体側に固定のスプリングブラケットに
ピン結合し、他端はリーフスプリング３０Ｌ，３０Ｒの
たわみによるスパンの変化を逃すためのシャックル３２
Ｌ，３２Ｒを設けている。車軸２０とリーフスプリング
３０Ｌ，３０ＲとはＵボルト３３，３３，３３，３３で
結合している。車軸２０の両端部近傍にはショックアブ
ソーバ４０Ｌ，４０Ｒを取り付けている。

【００２３】図２は車軸２０の構造を示す図であり、図
２（ａ）は車軸２０の半部上面図を示し、図２（ｂ）は
その半部側面図を示す。図３は図２（ａ），（ｂ）のＡ
−Ａ断面図を示す。車軸２０は中央部の両端部にリーフ
スプリング（図１参照）を取り付けるリーフスプリング
取付部２６Ｌ（なお、図２は右半部を示しているので２
６Ｌは図示していない），２６Ｒと、その両端部に車輪
を操舵するナックルスピンドルを取り付けるナックルス
ピンドル取付部２７Ｌ（なお、図２は右半部を示してい
るので２７Ｌは図示していない），２７Ｒとを設けてい
る。

【００２４】この車軸２０には、タイヤ（図示せず）か
ら車両の積載状態および走行状態に基づく上下力Ｆ
_Vと、制動状態に基づく上下力Ｆ_Vおよび前後力Ｆ_Lが同
時に作用する。特に、リーフスプリング取付部２６Ｌと
２６Ｒとの間（以後、車軸２０の中央部という）は積載
時、車輪のバウンド時および制動時に大きな荷重を受け
やすい。そのため、この車軸２０の中央部には、図３に
示すように、積載時および車輪のバウンド時に作用する
上下力ＦVと制動時に作用する前後力ＦLによって、左辺
部（前部）２１および下辺部（下部）２２には引張応力
が発生し、右辺部（後部）２３および上辺部（上部）２
４には圧縮応力が発生する。脆性材料である鋳鉄は許容
引張応力<<許容圧縮応力の関係があるので、引張応力を
受ける部分の応力を緩和する必要がある。

【００２５】そこで、本実施形態においては、車軸２０
を軸方向に中空部２５を生じるように砂中子を用いて砂
型鋳造により成形し、車軸２０の中央部の引張応力を受
ける前部２１および下部２２の肉厚を厚肉に形成すると
ともに、圧縮応力を受ける後部２３および上部２４の肉
厚を薄肉に形成する。これにより、車軸２０の中央部断
面の図心（ある面の断面二次モーメントの値が変化しな
いように断面積をある点に集めたとき、その点を図心と
いう）Ｇが上下中心線（Ｘ−Ｘ線）より下方でかつ中央
部断面の左右中心線（Ｙ−Ｙ線）より左方（前方）に位
置するようになり、引張応力を受ける前部２１側および
下部２２側に近づくこととなる。

【００２６】ここで、下記の数１の数式より明らかなよ
うに、断面内の任意の点の垂直応力σは中立軸（この中
立軸は断面の図心を通る）からの距離ｅに比例すること
となるので、車軸２０の中央部断面の図心Ｇの位置が引
張応力を受ける前部２１および下部２２側に近づけば近
づく程、あるいは断面係数Ｚが大きくなればなる程、引
張応力を受ける前部２１および下部２２の断面内の任意
の点の垂直応力（引張応力）σは小さくなることとな
る。

【００２７】

【数１】σ＝Ｍｅ／Ｉ＝Ｍ／Ｚなお、上記数１において、Ｍは曲げモーメントを表し、
Ｉは中立軸に関する断面二次モーメントを表し、Ｚは断
面係数を表す。

【００２８】一方、車軸２０の中央部断面の図心Ｇの位
置が引張応力を受ける前部２１および下部２２側に近づ
ければ、圧縮応力を受ける後部２３および上部２４は図
心Ｇより遠ざかることとなるので、後部２３および上部
２４が受ける圧縮応力は大きくなる。しかしながら、上
述したように、脆性材料である鋳鉄は許容引張応力<<許
容圧縮応力の関係があるので、引張応力を緩和した方が
断面の小型化が可能となり、軽量化も可能となる。

【００２９】なお、上述の実施形態１においては、車軸
２０の中央部の断面形状を中空の矩形断面とした例につ
いて説明したが、円形断面でも三角形断面でも、中空で
も中実でも、どのような断面形状でも、引張応力を受け
る側に図心Ｇを設定できれば同等の作用・効果が得られ
る。例えば、図４〜図１１に示すような断面形状の変形
例が考えられる。なお、図４〜図１１の各変形例に示す
車軸は上述の実施形態１の場合と同様に、非駆動輪に連
結する車軸を表す。

【００３０】図４（なお、図４において図の左側が車両
の前方となる）に示す車軸２０ａは、中空の変形矩形断
面に形成しており、下辺部２２ａの両角部および左辺部
２１ａの上部角部を外面側に膨出させるとともに、引張
応力を受ける左辺部２１ａおよび下辺部２２ａの肉厚を
圧縮応力を受ける右辺部２３ａおよび上辺部２４ａの肉
厚より厚肉に形成して、その図心Ｇが左右中心（車両か
ら見れば前後中心）より左方および上下中心より下方、
即ち、前方下方に位置するように形成している。

【００３１】図５（なお、図５において図の左側が車両
の前方となる）に示す車軸２０ｂは、中空の略ひし形断
面に形成しており、引張応力を受ける左下辺部２２ｂの
肉厚を右下辺部２３ｂの肉厚より厚肉に形成するととも
に、左上辺部２１ｂの肉厚を右上辺部２４ｂの肉厚より
厚肉に形成して、その図心Ｇが左右中心（車両から見れ
ば前後中心）より左方および上下中心より下方、即ち、
前方下方に位置するように形成している。

【００３２】図６に示す車軸２０ｃは、中空の略三角形
断面に形成しており、左辺部２１ｃが車両の前方になる
ように形成するとともに、それぞれの断面の厚みが左辺
部２１ｃ＞下辺部２２ｃ＞上辺部２３ｃの関係となるよ
うに形成して、その図心Ｇが左右中心（車両から見れば
前後中心）より左方および上下中心より下方、即ち、前
方下方に位置するように形成している。

【００３３】図７（なお、図７において図の左側が車両
の前方となる）に示す車軸２０ｄは、中空の変形矩形断
面に形成しており、右辺部２３ｄを円形に形成するとと
もに、左辺部２１ｄの上部を外方に膨出させ、引張応力
を受ける左辺部２１ｄおよび下辺部２２ｄの肉厚を円形
の右辺部２３ｄおよび上辺部２４ｄの肉厚より厚肉に形
成して、その図心Ｇが左右中心（車両から見れば前後中
心）より左方および上下中心より下方、即ち、前方下方
に位置するように形成している。

【００３４】図８（なお、図８において図の左側が車両
の前方となる）に示す車軸２０ｅは、中空の変形矩形断
面に形成しており、左辺部２１ｅの上下部を外方に膨出
させるとともに、引張応力を受ける左辺部２１ｅおよび
下辺部２２ｅの肉厚を右辺部２３ｅおよび上辺部２４ｅ
の肉厚より厚肉に形成して、その図心Ｇが左右中心（車
両から見れば前後中心）より左方および上下中心より下
方、即ち、前方下方に位置するように形成している。

【００３５】図９（なお、図９において図の左側が車両
の前方となる）に示す車軸２０ｆは、中空の変形円形断
面に形成しており、引張応力を最大に受ける左下１／４
円部２２ｆの肉厚を最大の厚肉に形成するとともに、圧
縮応力を受ける右上１／４円部２４ｆの肉厚を最小の薄
肉に形成し、これらの１／４円部２２ｆ，２４ｆの間に
挟まれた１／４円部２１ｆ，２３ｆの肉厚をそれらの中
間の肉厚に形成して、その図心Ｇが左右中心（車両から
見れば前後中心）より左方および上下中心より下方、即
ち、前方下方に位置するように形成している。

【００３６】図１０（なお、図１０において図の左側が
車両の前方となる）に示す車軸２０ｇは、中空の変形矩
形断面に形成しており、引張応力を受ける左辺部２１ｇ
の長さおよび肉厚を圧縮応力を受ける右辺部２３ｇの長
さおよび肉厚より長くかつ厚肉に形成する。一方、引張
応力を受ける下辺部２２ｇの肉厚を圧縮応力を受ける上
辺部２４ｇの肉厚より厚肉に形成して、その図心Ｇが左
右中心（車両から見れば前後中心）より左方および上下
中心より下方、即ち、前方下方に位置するように形成し
ている。

【００３７】図１１は（なお、図１１において図の左側
が車両の前方となる）に示す車軸２０ｈは、中実のＨ形
断面に形成しており、引張応力を受ける左辺部２１ｈの
長さを圧縮応力を受ける右辺部２２ｈの長さより長く形
成して、その図心Ｇが左右中心（車両から見れば前後中
心）より左方および上下中心より下方、即ち、前方下方
に位置するように形成している。

【００３８】上述した本実施形態１および各変形例にお
いては、鍛造成形に較べて車軸２０および２０ａ〜２０
ｈの断面形状の自由度が大幅に向上し、砂中子の使用に
より大きな断面係数が得られるようになる。これによ
り、鍛造成形と同等の強度を有する車軸の場合、コスト
を低減させることが可能となるとともに、軽量化を図る
ことが可能となる。また、砂中子を用いて鋳造成形する
ことにより、大きな断面係数が得られるため、理想的な
断面形状の車軸が得られるようになる。

【００３９】また、鋳造成形は鍛造成形に較べて大規模
な製造設備を必要としないので、多品種少量生産に適
し、車種毎の車軸を安価に製造できるようになるととも
に、製造設備も簡単になる。さらに、鍛造成形と同等の
強度を有する車軸であっても、種々の断面形状のものが
得られるようになるので、車種毎の自由度、設計の自由
度が大幅に向上する。

【００４０】実施形態２上述のように構成した車軸２０においては、中空部２５
に滞留する水を排水するための排水孔を切削等の機械加
工により車軸２０の下部２２に設ける必要があるが、下
部２２は引張応力を受けるため、該部２２に排水孔を設
けることは好ましくない。本実施形態２の車軸５０にお
いては、車軸５０の前、後面に鋳抜き孔５６を設け、こ
の鋳抜き孔５６を利用して中空部５５に留まる水を外部
に排出する排水孔とすることにある。

【００４１】図１２は本実施形態２の車軸５０の構造を
示す図であり、図１２（ａ）は車軸５０の半部上面図を
示し、図１２（ｂ）はその側面図を示す。図１２（ａ）
（ｂ）に示すように、車軸５０は中央部の両端部にリー
フスプリングを取り付けるリーフスプリング取付部５６
Ｌ（なお、図１２は右半部を示しているので５６Ｌは図
示していない），５６Ｒと、その両端部に車輪を操舵す
るナックルスピンドルを取り付けるナックルスピンドル
取付部５７Ｌ（なお、図１２は右半部を示しているので
５７Ｌは図示していない），５７Ｒとを設けている。

【００４２】図１３は車軸５０を鋳造により形成する鋳
型を示し、この鋳型５７は砂型よりなる上型５７ａと、
砂型よりなる下型５７ｂと、中空部を形成するための砂
型よりなる中子５８とから構成される。この中子５８の
左右両端部には中子を鋳型５７内に支持するための幅木
５８ａ，５８ｂを備えている。幅木５８ａ，５８ｂはキ
ャビティ５９内を貫通するため、鋳造された車軸５０に
は鋳抜き孔５６ａ，５６ｂが形成される。即ち、図１４
は図１２（ａ），（ｂ）のＡ−Ａ断面図を示し、車軸５
０の前側上部の幅木５８ａが位置した部分に鋳抜き孔５
６ａが形成され、車軸５０の後側下部の幅木５８ｂが位
置した部分に鋳抜き孔５６ｂが形成される。

【００４３】前述の実施形態１で述べたように、車軸５
０の中央部には、図１４に示すように、上下力Ｆ_Vと前
後力Ｆ_Lによって、前部５１および下部５２には引張応
力が発生し、後部５３および上部５４には圧縮応力が発
生する。脆性材料である鋳鉄は許容引張応力<<許容圧縮
応力の関係があるので、圧縮応力を受ける後部５３下部
に鋳抜き孔５６ｂを形成するよう幅木５８ｂを配置し
て、中空部５５内に浸入した水を効率良くかつ確実に排
出できるようする。また、引張応力を受ける前部５１に
おいては、引張応力が最も小さくなる上部に鋳抜き孔５
６ａを形成するよう幅木５８ａを配置する。

【００４４】上述したように、本実施形態２において
は、鋳抜き孔５６ａ，５６ｂを砂中子５８を固定する幅
木５８ａ，５８ｂを利用することにより形成することが
可能となる。また、幅木５８ａ，５８ｂを設けることに
より砂中子５８を安定して固定することが可能となっ
て、車軸５０の製品精度が向上し、薄肉部の設定も最小
限にすることが可能となる。そのため、コストが低減す
るとともに軽量化を図ることが可能となる。

【００４５】また、この幅木５８ａ，５８ｂを注湯時に
発生するガスのガス抜き孔として利用できるので、ガス
の発生に起因する鋳巣の発生を防止できるようになる。
さらに、圧縮応力を受ける後部５３の下部および引張応
力が最も小さくなる前部５１の上部に設けることによ
り、引張応力が最も大きい下部５３に設けなくて良くな
るとともに、水抜き孔を設けるための機械加工等が不要
となる。

【００４６】実施形態３本実施形態３においては、鋳造成形品は脆性材料である
ため、延性材料となる鍛造成形品に較べて大きな荷重が
作用したときに変形する可能性があるため、使用者にそ
れを知らせるような構成としたことにある。

【００４７】図１５は本実施形態３の車軸６０の構造を
示す図であり、図１５（ａ）は車軸６０の半部上面図を
示し、図１５（ｂ）はその側面図を示す。図１６は図１
５（ａ），（ｂ）のＡ−Ａ断面図を示す。車軸６０は中
央部の両端部にリーフスプリングを取り付けるリーフス
プリング取付部６６Ｌ（なお、図１５は右半部を示して
いるので６６Ｌは図示していない），６６Ｒと、その両
端部に車輪を操舵するナックルスピンドルを取り付ける
ナックルスピンドル取付部６７Ｌ（なお、図１５は右半
部を示しているので６７Ｌは図示していない），６７Ｒ
とを設けている。

【００４８】前述した実施形態１で述べたように、車軸
６０の中央部には、図１６に示すように、上下力Ｆ_Vと
前後力Ｆ_Lによって、前部６１および下部６２には引張
応力が発生し、後部６３および上部６４には圧縮応力が
発生する。脆性材料である鋳鉄は許容引張応力<<許容圧
縮応力の関係があるので、許容圧縮応力が大きい部分の
変形量を大きくする必要がある。

【００４９】そこで、本実施形態３においては、車軸６
０を軸方向に中空部６５を生じるように砂中子を用い、
この砂中子を固定する幅木を利用して平面形状が円形の
鋳抜き孔６６を生じるように砂型鋳造により成形する。
すると、車軸６０の中央部の引張応力を受ける前部６１
および下部６２は厚肉に形成され、圧縮応力を受ける後
部６３および上部６４は薄肉に形成されるとともに、薄
肉に形成された上部６４に平面形状が円形の鋳抜き孔６
６が形成される。これにより、車軸６０の中央部断面の
図心Ｇの位置が引張応力を受ける前部６１および下部６
２側に近づくとともに、鋳抜き孔６６を設けた上部６４
は過大荷重により変形しやすくなる。

【００５０】図１７は鋳抜き孔６６の個数をパラメータ
とした場合の荷重と変形量の関係を示す図であり、曲線
（ａ）は鋳抜き孔６６がない場合、曲線（ｂ）は鋳抜き
孔６６が１個の場合、曲線（ｃ）は鋳抜き孔６６が２個
の場合、曲線（ｄ）は鋳抜き孔６６が３個の場合をそれ
ぞれ示す。この図１７より明らかなように、鋳抜き孔６
６の個数を増加させればさせる程、その変形量が大きく
なる。これにより、車軸６０に過大な荷重がかかると、
この荷重に基づく応力により、鋳抜き孔６６を設けた部
分を徐々に変形させてアライメントに若干の変化を生じ
させて、乗員に上述の如き大きな荷重の入力があったこ
とを知らせる。

【００５１】なお、上述の実施形態３においては、鋳抜
き孔６６の平面形状を円形状とした例について説明した
が、鋳抜き孔の平面形状は楕円状であっても、三角形状
であっても、あるいは矩形状であっても、どのような形
状であっても同様な効果が得られる。

【００５２】上述したように、本実施形態３において
は、鋳抜き孔６６を砂中子を保持する幅木を利用するこ
とにより形成することが可能となる。また、幅木を設け
ることにより砂中子を安定して固定することが可能とな
って、車軸６０の製品精度が向上し、薄肉部の設定も最
小限にするすることが可能となる。そのため、コストが
低減するとともに軽量化を図ることが可能となる。

【００５３】また、幅木を増加することにより、鋳造時
に砂中子を納める位置の目安が付け易くなり、中子を収
納する作業が容易になるとともに、この幅木を注湯時に
発生するガスのガス抜き孔として利用できるので、ガス
の発生に起因する鋳巣の発生を防止できるようになる。

【００５４】実施形態４上述の各実施形態においては、鋳造により形成した車軸
の断面形状を工夫することにより、即ち、引張応力を受
ける前部および下部の肉厚を厚肉にするとともに、圧縮
応力を受ける後部および上部の肉厚を薄肉にすることに
より、車軸が必要とする強度が得られるようにするとと
もに、車軸を軽量化してコストを低減するようにした
が、本実施形態４においては、車軸部材を、最も強度を
必要とする部分に高強度を有する鋼板等の延性材料を設
けて複合材料とするように構成したことにある。

【００５５】図１８は本実施形態４の車軸７０の構造を
示す図であり、図１８（ａ）は車軸７０の半部上面図を
示し、図１８（ｂ）はその側面図を示す。図１８（ａ）
（ｂ）に示すように、車軸７０は中央部の両端部にリー
フスプリングを取り付けるリーフスプリング取付部７６
Ｌ（なお、図１８は右半部を示しているので７６Ｌは図
示していない），７６Ｒと、その両端部に車輪を操舵す
るナックルスピンドルを取り付けるナックルスピンドル
取付部７７Ｌ（なお、図１８は右半部を示しているので
７７Ｌは図示していない），７７Ｒとを設けている。

【００５６】図１９は図１８（ａ），（ｂ）のＡ−Ａ断
面図を示し、車軸７０を軸方向に中空部７５を生じるよ
うに砂中子を用いて砂型鋳造により成形し、車軸７０の
中央部の引張応力を受ける前部７１および下部７２の肉
厚を厚肉に形成するとともに圧縮応力を受ける後部７３
および上部７４の肉厚を薄肉に形成する。これにより、
車軸７０の中央部断面の図心Ｇの位置が引張応力を受け
る前部７１および下部７２側に近づくこととなる。ま
た、引張応力を受ける前部７１から下部７２に差し渡し
て鋼板等からなる延性材料７６を鋳ぐるんでいる。

【００５７】この場合、鋼板等からなる延性材料７６を
幅木で鋳型内に保持しておき、溶湯を鋳型内に注入する
ことにより、鋼板等からなる延性材料７６は溶湯の熱に
より若干溶けることとなるが、鋳型内に注入されたされ
た後、溶湯の温度が下がるため、鋼板等からなる延性材
料７６は完全に溶けることはない。鋼板等からなる延性
材料７６が鋳型内で若干溶けることにより、鋳鉄と鋼板
等からなる延性材料７６とは強固に固着されることとな
る。

【００５８】前述した実施形態１で述べたように、車軸
７０の中央部にはそれらの各力Ｆ_V，Ｆ_Lに基づく曲げモ
ーメントや捻りモーメントが作用する。そのため、車軸
７０の中央部には、図１９に示すように、上下力Ｆ_Vと
前後力Ｆ_Lによって、前部７１および下部７２には引張
応力が発生し、後部７３および上部７４には圧縮応力が
発生する。脆性材料である鋳鉄は許容引張応力<<許容圧
縮応力の関係があるので、引張応力が最も大きくなる前
部７１から下部７２に差し渡して鋼板等からなる延性材
料７６を鋳ぐるむことで、延性材料７６が補強材となっ
てこの部分の強度が増大することとなる。

【００５９】また、鋼板等からなる延性材料７６は鋳造
時の冷やし金の作用をするので、鋳造時の冷却速度差に
よる湯廻り不足を防止できるようになる。即ち、引張応
力を受ける前部７１および下部７２の肉厚は厚肉に形成
するため、溶湯を多く必要とする。溶湯が多くなる前部
７１および下部７２は冷却速度が遅くなり、鋳鉄が固ま
る速度が遅くなるために鋳造時に湯廻り不足ができやす
い。一方、圧縮応力を受ける後部７３および上部７４の
肉厚は薄肉に形成するため、多くの溶湯を必要としな
い、溶湯が少ない後部７３および上部７４は冷却速度が
速くなり、鋳鉄が固まる速度が速いために鋳造時に湯廻
り不足ができにくい。

【００６０】しかしながら、本実施形態４においては、
前部７１から下部７２に差し渡して鋼板等からなる延性
材料７６を鋳ぐるんでいるので、この延性材料７６が鋳
造時の冷やし金の作用をして、冷却速度を速くして、鋳
鉄が固まる速度を速くする。そのため、鋳造時に湯廻り
不足ができにくくなる。このように、本実施形態におい
ては、安定した鋳造品質の車軸が得られるようになると
ともに、大きな応力を受けても変形しにくい車軸が得ら
れるようになる。

【００６１】また、鋳鉄材料は高鋼性になるほど延性が
低下するため、剛性と延性の両方の性質を合わせ持った
材料とするためには、特殊な熱処理を施すことが一般的
に行われているが、本実施形態においては、鋼板等の延
性材料を鋳ぐるんでいるので、安価な鋳鉄材料から幅広
く選択することが可能となり、鋳鉄材料の選択の自由度
が大幅に向上する。

【００６２】さらに、引張応力を受ける前部と後部は鋳
鉄と鋼板等の延性材料との複合材料により構成されるの
で、この部分が大きな応力を受けた場合にも徐々に変形
することでアライメントを変化させ、これを運転者に知
らせる。

【００６３】なお、上述の実施形態４においては、鋳鉄
材料内に鋼板等の延性材料を鋳ぐるむ例について説明し
たが、鋼板等の延性材料を車軸の外面に設けるようにし
てもよい。この場合、鋳造時に鋼板等の延性材料の溶湯
に接触する部分が溶湯の熱により若干溶けるため、鋳鉄
と鋼板等の延性材料とは強固に固着することとなる。

【００６４】実施形態５車軸を鋳造により形成する場合、車軸は大型の鋳造品で
あるため、薄肉部を形成する際に溶湯の湯流れが悪いと
いう問題があった。そのため、鋳造の生産性を重視して
薄肉部を厚肉化したり、あるいは多数の湯口を設けて鋳
造することが一般的であり、鋳造性と製品の軽量化の両
方を満足させることは困難であった。そこで、本実施形
態においては、鋳造時の溶湯の湯流性を向上させること
にある。図２０は本実施形態の車軸８０の構造を示す図
であり、図２０（ａ）は車軸８０の半部上面図を示し、
図２０（ｂ）はその側面図を示す。図２０（ａ）（ｂ）
に示すように、車軸８０は中央部の両端部にリーフスプ
リングを取り付けるリーフスプリング取付部８６Ｌ（な
お、図２０は右半部を示しているので８６Ｌは図示して
いない），８６Ｒと、その両端部に車輪を操舵するナッ
クルスピンドルを取り付けるナックルスピンドル取付部
８７Ｌ（なお、図２０は右半部を示しているので８７Ｌ
は図示していない），８７Ｒとを設けている。リーフス
プリング取付部８６Ｌ，８６Ｒは板状のリーフスプリン
グを取り付けるため、その取付面は平面状に形成する必
要がある。また、ナックルスピンドル取付部８７Ｌ，８
７Ｒの根元部８８Ｌ，８８Ｒは図示しないタイヤからの
荷重を支えるため、十分な断面形状が必要である。な
お、図２０（ｂ）の８８はＢ−Ｂ断面を示す。

【００６５】ここで、車軸８０の前部８１および下部８
２の肉厚を厚肉に形成し、車軸８０の後部８３および上
部８４の肉厚を薄肉に形成するとともに、リーフスプリ
ング取付部８６Ｌ，８６Ｒから薄肉の上部８４へ至る部
分８４ａおよびリーフスプリング取付部８６Ｌ，８６Ｒ
から厚肉の下部８２へ至る部分８２ａの厚みが徐変する
ように中子を配置して鋳造する。同時に、圧縮応力を受
ける上部８４の薄肉部に近いリーフスプリング取付部８
６Ｌ，８６Ｒを形成する面の上に湯口８９を設けるとと
もに、リーフスプリング取付部８６Ｌ，８６Ｒからナッ
クルスピンドル取付部８７Ｌ，８７Ｒの根元部８８Ｌ，
８８Ｒへ至る部分８８ａの厚みが徐変するように図示し
ない鋳型を配置して鋳造するようにしている。

【００６６】リーフスプリング取付部８６Ｌ，８６Ｒを
形成する面の上に湯口８９を設けるようにすると、湯口
８９に注湯された溶湯が厚みが徐変された各部分８４
ａ，８２ａ，８８ａを滑らかに湯流れすることとなり、
大量の溶湯を湯流れ良く供給することができるようにな
る。ここで、薄肉部は厚肉部に較べて溶湯に対する流通
抵抗が大きく湯廻りが悪い。一方、注湯された溶湯は時
間が経過するにつれて温度が下がるため、その粘性抵抗
が大きくなる。したがって、薄肉部の近くに湯口８９を
設けて厚肉部よりも先に溶湯を行き渡らせることによ
り、溶湯に対する流通抵抗と溶湯の粘性抵抗をバランス
させて、薄肉部と厚肉部がある車軸を湯廻り性よく形成
することができるようになる。

【００６７】そして、リーフスプリング取付部８６Ｌ，
８６Ｒを切削加工により面仕上げを行えば、この切削加
工時に鋳造の際に生じた湯口残りを同時に除去すること
が可能となり、改めて湯口残りを除去する作業が不要と
なって、コスト低減を図ることができるようになる。

【００６８】なお、上述の各実施形態１〜５において
は、本発明の車軸式懸架装置をＦＲ車のフロント側リジ
ッドアクスルサスペンションに適用する例について説明
したが、本発明の車軸式懸架装置はＦＲ車のリア側（駆
動輪側）リジッドアクスルサスペンションにも適用する
ことができる。この場合、図２１に示すように、車軸９
０の中空となる部分の横断面形状を上述の各実施形態１
〜５に記載した形状および構造とすればよい。また、本
発明の車軸式懸架装置をＦＦ車のフロント側リジッドア
クスルサスペンションあるいはリア側リジッドアクスル
サスペンションにも適用できることも明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車軸式懸架装置の非駆動輪側の全体
構成を示す斜視図である。

【図２】図１の車軸の第１実施形態を示す図である。

【図３】図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。

【図４】図１の車軸の第１実施形態の第１変形例を示
す図である。

【図５】図１の車軸の第１実施形態の第２変形例を示
す図である。

【図６】図１の車軸の第１実施形態の第３変形例を示
す図である。

【図７】図１の車軸の第１実施形態の第４変形例を示
す図である。

【図８】図１の車軸の第１実施形態の第５変形例を示
す図である。

【図９】図１の車軸の第１実施形態の第６変形例を示
す図である。

【図１０】図１の車軸の第１実施形態の第７変形例を
示す図である。

【図１１】図１の車軸の第１実施形態の第８変形例を
示す図である。

【図１２】図１の車軸の第２実施形態を示す図であ
る。

【図１３】図１２の車軸を形成する鋳型を示す図であ
る。

【図１４】図１２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。

【図１５】図１の車軸の第３実施形態を示す図であ
る。

【図１６】図１４のＡ−Ａ断面を示す断面図である。

【図１７】鋳抜き孔の個数をパラメータとした場合の
荷重と変形量の関係を示す図である。

【図１８】図１の車軸の第４実施形態を示す図であ
る。

【図１９】図１８のＡ−Ａ断面を示す断面図である。

【図２０】図１の車軸の第５実施形態を示す図であ
る。

【図２１】本発明の車軸式懸架装置の駆動輪側の全体
構成を示す斜視図である。

【図２２】従来のリジッドアクスルサスペンションの
全体構成を示す斜視図である。

【図２３】図２２のアクスルビームの形状を示す図で
ある。

【符号の説明】

１０Ｌ，１０Ｒ…車輪支持体、２０…車軸、２５…中空
部、２６Ｒ…リーフスプリング取付部、３０Ｌ，３０Ｒ
…リーフスプリング、４０Ｌ，４０Ｒ…ショックアブソ
ーバ、５０…車軸、５５…中空部、５６Ｒ…リーフスプ
リング取付部、５６ａ，５６ｂ…鋳抜き孔（排水孔）、
５７…鋳型、５８…中子、５８ａ，５８ｂ…幅木、６０
…車軸、６５…中空部、６６…鋳抜き孔（脆弱部）、６
６Ｒ…リーフスプリング取付部、７０…車軸、７５…中
空部、７６…延性材（補強部材）、７６Ｒ…リーフスプ
リング取付部、８０…車軸、８５…中空部、８６Ｒ…リ
ーフスプリング取付部、Ｇ…図心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮城淳一愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者松浦裕愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者石川訓名古屋市中川区富川町３丁目１番地の１中央可鍛工業株式会社内 (72)発明者河森敏克名古屋市中川区富川町３丁目１番地の１中央可鍛工業株式会社内 (72)発明者水野諭名古屋市中川区富川町３丁目１番地の１中央可鍛工業株式会社内 (72)発明者梅村徹名古屋市中川区富川町３丁目１番地の１中央可鍛工業株式会社内 (72)発明者瀬戸口善行名古屋市中川区富川町３丁目１番地の１中央可鍛工業株式会社内 (72)発明者紺野敏之名古屋市中川区富川町３丁目１番地の１中央可鍛工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車幅方向に延びて左右の車輪支持体を連
結するとともに車体を懸架する車軸部材を備えた車軸式
懸架装置であって、少なくともその横断面の図心が同横断面の高さ中心より
下方に位置するように偏心させて前記車軸部材を鋳造に
より形成したことを特徴とする車軸式懸架装置。
【請求項２】車幅方向に延びて左右の車輪支持体を連
結するとともに車体を懸架する車軸部材を備えた車軸式
懸架装置であって、前記車軸部材を非駆動輪に連結する場合は少なくともそ
の横断面の図心が同横断面の前後中心より車両の前方側
に位置するように偏心させて前記車軸部材を鋳造により
形成したことを特徴とする車軸式懸架装置。
【請求項３】車幅方向に延びて左右の車輪支持体を連
結するとともに車体を懸架する車軸部材を備えた車軸式
懸架装置であって、前記車軸部材を駆動輪に連結する場合は少なくともその
横断面の図心が同横断面の前後中心より車両の後方側に
位置するように偏心させて前記車軸部材を鋳造により形
成したことを特徴とする車軸式懸架装置。
【請求項４】前記車軸部材の圧縮応力が発生する部位
に脆弱部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項
３のいずれかに記載の車軸式懸架装置。
【請求項５】前記車軸部材は鋳型および中子を用いた
鋳造による厚肉部と薄肉部を有する中空鋳造体であっ
て、前記中子を保持する幅木による鋳抜き孔を前記脆弱
部としたことを特徴とする請求項４に記載の車軸式懸架
装置。
【請求項６】前記鋳抜き孔を圧縮応力が発生する部位
に設けたことを特徴とする請求項５に記載の車軸式懸架
装置。
【請求項７】前記車軸部材の引張応力が発生する部位
に延性材料からなる補強部材を設けたことを特徴とする
請求項１から請求項３のいずれかに記載の車軸式懸架装
置。
【請求項８】前記延性材料を前記車軸部材の鋳造時に
一体的に形成したことを特徴とする請求項７に記載の車
軸式懸架装置。
【請求項９】前記車軸部材は鋳型および中子を用いた
鋳造による厚肉部と薄肉部を有する中空鋳造体であっ
て、前記中子を保持する幅木による鋳抜き孔を前記中空
の車軸部材の前方上部側および後方下部側に設け、同後
方下部側の鋳抜き孔を排水孔としたことを特徴とする請
求項１から請求項３のいずれかに記載の車軸式懸架装
置。
【請求項１０】前記車軸部材は鋳型および中子を用い
た鋳造による厚肉部と薄肉部を有する中空鋳造体であっ
て、前記鋳型の湯口を前記中空鋳造体の横断面の薄肉部
側に配置して鋳造するようにしたことを特徴とする請求
項１から請求項９のいずれかに記載の車軸式懸架装置。